10.2: Regulacja ekspresji odbywa się na wielu etapach

Ekspresja genów może być regulowana na prawie każdym etapie, od genu do białka. Transkrypcja jest krokiem, który jest najczęściej regulowany. Wiąże się to z wiązaniem białek z krótkimi sekwencjami regulatorowymi w DNA. To powiązanie może promować lub hamować transkrypcję genu związanego z odpowiednią sekwencją.

Transkrypcja powoduje wytworzenie prekursora (pre-mRNA), który składa się zarówno z eksonów, jak i intronów, który wymaga dalszego przetwarzania przed translacją na białko. Dzieje się tak poprzez splicing mRNA, który polega na usunięciu regionów niekodujących i połączeniu regionów kodujących. Przetwarzanie mRNA może być również wykorzystywane jako mechanizm regulacyjny poprzez zmienność wzorców splicingu, takich jak pomijanie niektórych eksonów, alternatywne splicing i włączanie intronów.

Dodanie ogona poli-A na końcu 3′ i czapeczki 5′ w celu wytworzenia dojrzałego mRNA są również punktami regulacyjnymi podczas przetwarzania RNA. Regulacja zachodzi poprzez zmianę sygnału poliadenylacji, który określa, gdzie ogon poli-A zostanie dodany do mRNA. W niektórych przypadkach na końcu 3′ znajduje się więcej niż jeden sygnał poli-A, który zmieni długość nieulegającego translacji regionu 3′, ale końcowy produkt białkowy będzie taki sam. Jednak stabilność i potencjał translacyjny wariantów mRNA mogą się różnić, co może zmienić ilość wytwarzanego białka. W innych przypadkach dodatkowy sygnał poli-A jest obecny na intronie lub eksonie w sekwencji genu, co może prowadzić do różnic w miejscach splicingu poliadenylacji i skutkować różnymi białkami z tej samej nici pre-mRNA.Dodanie kapu 5′, który składa się z metylowanej guanozyny, jest regulowane przez dwa mechanizmy. Jeden z nich obejmuje regulację metylotransferaz, które dodają grupę metylową do guanozyny, A drugi polega na regulacji komórkowych szlaków sygnałowych, które prowadzą do metylacji.

Następnie dojrzałe mRNA musi zostać przetransportowane z jądra do cytoplazmy przez kompleksy porów jądrowych (NPC) w celu translacji. Jest to regulowane przez mRNA do tworzenia kompleksu, znanego jako rybonukleopcząstka, z białkami wiążącymi RNA. NPC pozwalają tylko mRNA znajdującym się w kompleksie przejść do cytoplazmy. Gdy mRNA dostanie się do cytoplazmy w celu translacji, może być celowane indywidualnie lub jako część grupy poprzez określone regulacje lub może podlegać wspólnej regulacji ze wszystkimi innymi mRNA w cytoplazmie. W specyficznej regulacji poszczególne elementy transakcyjne, takie jak białka i różne typy RNA, regulują transkrypcję. Ogólnie rzecz biorąc, białka zaangażowane w maszynerię translacyjną są aktywowane lub hamowane, co z kolei wpływa na translację wszystkich transkryptów. Najpowszechniejszym translacyjnym mechanizmem regulacyjnym jest modyfikacja czynnika inicjacji translacji.

Ekspresja genów może być również regulowana poprzez modyfikacje potranslacyjne, w których katalizowana enzymatycznie odwracalna modyfikacja może zmienić funkcję białka. Powszechną modyfikacją potranslacyjną jest fosforylacja, która jest przeprowadzana przez enzymy znane jako kinazy. Z drugiej strony defosforylacja białek jest przeprowadzana przez białka znane jako fosfatazy. Fosforylacja białka może powodować jego aktywację lub dezaktywację i zmieniać jego funkcję.